钢筋混凝土预制构件吊装自动取放吊具的研究与设计

发布时间：2020-06-11 23:41

【摘要】：预制混凝土装配式建筑因其符合绿色建筑要求、便于工业化生产建造和信息化管理的特点,近年在我国得到大力支持,并且发展迅速。而实现工业化施工是提高预制装配式建筑施工质量和效率的核心,其中通过提高施工现场预制构件吊运安装、调姿就位、构件接缝浇筑、建筑外立面施工等作业的机械化和自动化程度是实现工业施工的关键。但目前装配式建筑构件施工作业主要采用传统起重吊装设备和人工作业,施工效率低,人员安全隐患大。为此政府启动了关于施工现场高效吊装安装关键技术与装备的国家重点研发专项计划,目的是研发适用于工业化建筑施工构件吊装的具备构件自动取放、吊运安全路径自动规划、构件空中自动调姿与寻位安装、构件竖缝浇筑施工等关键技术与装备。而研发适用于预制构件自动取放、调姿就位专用吊具是实现构件高效吊装的关键技术之一。本文通过分析预制混凝装配式建筑预制构件的特点及其吊装作业要求,采用集成创新的方法,确定了一种用于混凝土预制构件吊装作业的具有构件自动取放、空中调姿功能的专用吊具的设计方案,并对所设计方案按功能进行分解,对关键零部件细化设计,建立零部件三维模型并进行整体装配。对关键结构:剪叉式空间机械臂结构作运动学、稳定性分析及仿真验证。主要的研究过程和结论如下:(1)需求分析和总体方案设计:在调查研究和分析国内外预制混凝土装配式建筑发展现状和趋势基础上,结合构件吊装作业施工特点,总结混凝土预制构件吊装施工技术和设备研究和应用情况、存在和需要解决的问题。确定构件自动取放和调姿作业功能要求,根据功能要求,通过不同方案优劣对比,建立吊具总体设计方案;(2)分步方案设计:根据构件吊装吊具的总体设计方案,确定采用电动推杆驱动吊钩实现吊钩对吊点的自动脱挂钩;采用基于绳驱的剪叉式折叠机械臂实现吊钩自由度控制和构件起重升降;采用丝杠模组机构实现吊钩间距对构件吊点间距的适应性调整;采用回转支撑机构实现对构件吊装过程的水平姿态调整。(3)关键零部件细化设计:根据总体设计方案,分别对自动脱挂钩结构、剪叉式折叠升降结构、吊钩与吊点间距适应性调整机构、预制构件水平姿态调节回转机构及其相关的关键零部件结构进行设计和分析,并采用solidworks对零部件进行三维建模并完成虚拟装配。(4)剪叉式起升机械臂机构运动分析和结构静力学分析:对自动取放吊具关键部件—剪式折叠机械臂进行运动学分析;采力法和矩阵位移法对剪叉式吊臂工作状态受风载影响的最大变形进行理论分析、并通过ansys workbench对其进行仿真验证。确定剪叉式吊臂结构在风载的干扰下其执行末端形变位移量满足自动取放吊钩对构件的脱挂钩条件。
【图文】：

图 1.1 港口集装箱体的装卸及码放机器Fig.1.1 Machines for Container handling and stacking研究，主要以具有自动取放功能的起重机和机械臂为体的装卸及码放作业起重设备[29],如图 1.1 所示。其

黄越等人研发的具有大工作范围、可实现六个自由度搬运机械手（如图1.2）装置可满足危险化学品多工位柔性搬运[37]。合肥工业大学王磊等研发的钕铁硼磁环自动搬运结构及系统[38]，用于解决钕铁硼粉末压坯自动搬运搬问题。但是随着社会发展，以及自动取放或搬运的操作对象和要求越来越复杂。目前我国既有体现当今世界物料搬运先进科技水平的一些研究和应用[39-42]，如由无人搬运系统、自动化立体仓库等，也还有较为传统的机械搬运设备，，各行业及企业之间也因为生产要求和经营状况在设备技术研究和应用上显得参差不齐。但随着时代发展，均会被自动化搬运甚至集成化搬运装置或者系统所代替[43]。1.4 装配式建筑构件自动取放装置研究现状装配式建筑预制构件按其安装形式可以分为水平构件和竖向构件，水平构件主要包括楼板、叠合板、阳台等，竖向构件主要包括各类墙板，附墙、楼梯、飘窗。目前，在转配式建筑吊装施工过程中，当预制构件被运送到施工现场时，主要通过人工将各类预制构件挂点与起重设备吊吊点固定，预制构件再经起重设备吊运吊运到预定的安装位置，经施工人员调整构件姿态后，构件在起重设备的微动下就位放置，然后经人工摘钩，再进行后续施工作业（如图 1.3 和 1.4 所示）。相比其他行业如港口集装箱自动化搬运等，建筑预制构件的取放、吊装作业具有以下特点：构件起重吨位大，一般在几吨到十几吨之间；构件种类多、结构形状
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH21;TU758.12

【参考文献】

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本文编号：2708656